]> git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/msmpeg4enc.c
avformat/avio: Add Metacube support
[ffmpeg] / libavcodec / msmpeg4enc.c
1 /*
2  * MSMPEG4 encoder backend
3  * Copyright (c) 2001 Fabrice Bellard
4  * Copyright (c) 2002-2004 Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
5  *
6  * msmpeg4v1 & v2 stuff by Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
7  *
8  * This file is part of FFmpeg.
9  *
10  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
11  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
12  * License as published by the Free Software Foundation; either
13  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
14  *
15  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
16  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
17  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
18  * Lesser General Public License for more details.
19  *
20  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
21  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
22  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
23  */
24
25 /**
26  * @file
27  * MSMPEG4 encoder backend
28  */
29
30 #include <stdint.h>
31 #include <string.h>
32
33 #include "libavutil/attributes.h"
34 #include "libavutil/avutil.h"
35 #include "libavutil/thread.h"
36 #include "mpegvideo.h"
37 #include "h263.h"
38 #include "internal.h"
39 #include "mpeg4video.h"
40 #include "msmpeg4.h"
41 #include "msmpeg4data.h"
42 #include "put_bits.h"
43 #include "rl.h"
44 #include "vc1data.h"
45
46 static uint8_t rl_length[NB_RL_TABLES][MAX_LEVEL+1][MAX_RUN+1][2];
47
48 /* build the table which associate a (x,y) motion vector to a vlc */
49 static av_cold void init_mv_table(MVTable *tab, uint16_t table_mv_index[4096])
50 {
51     int i, x, y;
52
53     tab->table_mv_index = table_mv_index;
54
55     /* mark all entries as not used */
56     for(i=0;i<4096;i++)
57         tab->table_mv_index[i] = MSMPEG4_MV_TABLES_NB_ELEMS;
58
59     for (i = 0; i < MSMPEG4_MV_TABLES_NB_ELEMS; i++) {
60         x = tab->table_mvx[i];
61         y = tab->table_mvy[i];
62         tab->table_mv_index[(x << 6) | y] = i;
63     }
64 }
65
66 void ff_msmpeg4_code012(PutBitContext *pb, int n)
67 {
68     if (n == 0) {
69         put_bits(pb, 1, 0);
70     } else {
71         put_bits(pb, 1, 1);
72         put_bits(pb, 1, (n >= 2));
73     }
74 }
75
76 static int get_size_of_code(const RLTable *rl, int last, int run,
77                             int level, int intra)
78 {
79     int size=0;
80     int code;
81     int run_diff= intra ? 0 : 1;
82
83     code = get_rl_index(rl, last, run, level);
84     size+= rl->table_vlc[code][1];
85     if (code == rl->n) {
86         int level1, run1;
87
88         level1 = level - rl->max_level[last][run];
89         if (level1 < 1)
90             goto esc2;
91         code = get_rl_index(rl, last, run, level1);
92         if (code == rl->n) {
93             esc2:
94             size++;
95             if (level > MAX_LEVEL)
96                 goto esc3;
97             run1 = run - rl->max_run[last][level] - run_diff;
98             if (run1 < 0)
99                 goto esc3;
100             code = get_rl_index(rl, last, run1, level);
101             if (code == rl->n) {
102             esc3:
103                 /* third escape */
104                 size+=1+1+6+8;
105             } else {
106                 /* second escape */
107                 size+= 1+1+ rl->table_vlc[code][1];
108             }
109         } else {
110             /* first escape */
111             size+= 1+1+ rl->table_vlc[code][1];
112         }
113     } else {
114         size++;
115     }
116     return size;
117 }
118
119 static av_cold void msmpeg4_encode_init_static(void)
120 {
121     static uint16_t mv_index_tables[2][4096];
122     init_mv_table(&ff_mv_tables[0], mv_index_tables[0]);
123     init_mv_table(&ff_mv_tables[1], mv_index_tables[1]);
124
125     for (int i = 0; i < NB_RL_TABLES; i++) {
126         for (int level = 1; level <= MAX_LEVEL; level++) {
127             for (int run = 0; run <= MAX_RUN; run++) {
128                 for (int last = 0; last < 2; last++) {
129                     rl_length[i][level][run][last] = get_size_of_code(&ff_rl_table[i], last, run, level, 0);
130                 }
131             }
132         }
133     }
134 }
135
136 av_cold void ff_msmpeg4_encode_init(MpegEncContext *s)
137 {
138     static AVOnce init_static_once = AV_ONCE_INIT;
139
140     ff_msmpeg4_common_init(s);
141     if (s->msmpeg4_version >= 4) {
142         s->min_qcoeff = -255;
143         s->max_qcoeff =  255;
144     }
145
146     /* init various encoding tables */
147     ff_thread_once(&init_static_once, msmpeg4_encode_init_static);
148 }
149
150 static void find_best_tables(MpegEncContext * s)
151 {
152     int i;
153     int best        = 0, best_size        = INT_MAX;
154     int chroma_best = 0, best_chroma_size = INT_MAX;
155
156     for(i=0; i<3; i++){
157         int level;
158         int chroma_size=0;
159         int size=0;
160
161         if(i>0){// ;)
162             size++;
163             chroma_size++;
164         }
165         for(level=0; level<=MAX_LEVEL; level++){
166             int run;
167             for(run=0; run<=MAX_RUN; run++){
168                 int last;
169                 const int last_size= size + chroma_size;
170                 for(last=0; last<2; last++){
171                     int inter_count       = s->ac_stats[0][0][level][run][last] + s->ac_stats[0][1][level][run][last];
172                     int intra_luma_count  = s->ac_stats[1][0][level][run][last];
173                     int intra_chroma_count= s->ac_stats[1][1][level][run][last];
174
175                     if(s->pict_type==AV_PICTURE_TYPE_I){
176                         size       += intra_luma_count  *rl_length[i  ][level][run][last];
177                         chroma_size+= intra_chroma_count*rl_length[i+3][level][run][last];
178                     }else{
179                         size+=        intra_luma_count  *rl_length[i  ][level][run][last]
180                                      +intra_chroma_count*rl_length[i+3][level][run][last]
181                                      +inter_count       *rl_length[i+3][level][run][last];
182                     }
183                 }
184                 if(last_size == size+chroma_size) break;
185             }
186         }
187         if(size<best_size){
188             best_size= size;
189             best= i;
190         }
191         if(chroma_size<best_chroma_size){
192             best_chroma_size= chroma_size;
193             chroma_best= i;
194         }
195     }
196
197     if(s->pict_type==AV_PICTURE_TYPE_P) chroma_best= best;
198
199     memset(s->ac_stats, 0, sizeof(int)*(MAX_LEVEL+1)*(MAX_RUN+1)*2*2*2);
200
201     s->rl_table_index       =        best;
202     s->rl_chroma_table_index= chroma_best;
203
204     if(s->pict_type != s->last_non_b_pict_type){
205         s->rl_table_index= 2;
206         if(s->pict_type==AV_PICTURE_TYPE_I)
207             s->rl_chroma_table_index= 1;
208         else
209             s->rl_chroma_table_index= 2;
210     }
211
212 }
213
214 /* write MSMPEG4 compatible frame header */
215 void ff_msmpeg4_encode_picture_header(MpegEncContext * s, int picture_number)
216 {
217     find_best_tables(s);
218
219     align_put_bits(&s->pb);
220     put_bits(&s->pb, 2, s->pict_type - 1);
221
222     put_bits(&s->pb, 5, s->qscale);
223     if(s->msmpeg4_version<=2){
224         s->rl_table_index = 2;
225         s->rl_chroma_table_index = 2;
226     }
227
228     s->dc_table_index = 1;
229     s->mv_table_index = 1; /* only if P-frame */
230     s->use_skip_mb_code = 1; /* only if P-frame */
231     s->per_mb_rl_table = 0;
232     if(s->msmpeg4_version==4)
233         s->inter_intra_pred= (s->width*s->height < 320*240 && s->bit_rate<=II_BITRATE && s->pict_type==AV_PICTURE_TYPE_P);
234     ff_dlog(s, "%d %"PRId64" %d %d %d\n", s->pict_type, s->bit_rate,
235             s->inter_intra_pred, s->width, s->height);
236
237     if (s->pict_type == AV_PICTURE_TYPE_I) {
238         s->slice_height= s->mb_height/1;
239         put_bits(&s->pb, 5, 0x16 + s->mb_height/s->slice_height);
240
241         if(s->msmpeg4_version==4){
242             ff_msmpeg4_encode_ext_header(s);
243             if(s->bit_rate>MBAC_BITRATE)
244                 put_bits(&s->pb, 1, s->per_mb_rl_table);
245         }
246
247         if(s->msmpeg4_version>2){
248             if(!s->per_mb_rl_table){
249                 ff_msmpeg4_code012(&s->pb, s->rl_chroma_table_index);
250                 ff_msmpeg4_code012(&s->pb, s->rl_table_index);
251             }
252
253             put_bits(&s->pb, 1, s->dc_table_index);
254         }
255     } else {
256         put_bits(&s->pb, 1, s->use_skip_mb_code);
257
258         if(s->msmpeg4_version==4 && s->bit_rate>MBAC_BITRATE)
259             put_bits(&s->pb, 1, s->per_mb_rl_table);
260
261         if(s->msmpeg4_version>2){
262             if(!s->per_mb_rl_table)
263                 ff_msmpeg4_code012(&s->pb, s->rl_table_index);
264
265             put_bits(&s->pb, 1, s->dc_table_index);
266
267             put_bits(&s->pb, 1, s->mv_table_index);
268         }
269     }
270
271     s->esc3_level_length= 0;
272     s->esc3_run_length= 0;
273 }
274
275 void ff_msmpeg4_encode_ext_header(MpegEncContext * s)
276 {
277         unsigned fps = s->avctx->time_base.den / s->avctx->time_base.num / FFMAX(s->avctx->ticks_per_frame, 1);
278         put_bits(&s->pb, 5, FFMIN(fps, 31)); //yes 29.97 -> 29
279
280         put_bits(&s->pb, 11, FFMIN(s->bit_rate/1024, 2047));
281
282         if(s->msmpeg4_version>=3)
283             put_bits(&s->pb, 1, s->flipflop_rounding);
284         else
285             av_assert0(s->flipflop_rounding==0);
286 }
287
288 void ff_msmpeg4_encode_motion(MpegEncContext * s,
289                                   int mx, int my)
290 {
291     int code;
292     MVTable *mv;
293
294     /* modulo encoding */
295     /* WARNING : you cannot reach all the MVs even with the modulo
296        encoding. This is a somewhat strange compromise they took !!!  */
297     if (mx <= -64)
298         mx += 64;
299     else if (mx >= 64)
300         mx -= 64;
301     if (my <= -64)
302         my += 64;
303     else if (my >= 64)
304         my -= 64;
305
306     mx += 32;
307     my += 32;
308     mv = &ff_mv_tables[s->mv_table_index];
309
310     code = mv->table_mv_index[(mx << 6) | my];
311     put_bits(&s->pb,
312              mv->table_mv_bits[code],
313              mv->table_mv_code[code]);
314     if (code == MSMPEG4_MV_TABLES_NB_ELEMS) {
315         /* escape : code literally */
316         put_bits(&s->pb, 6, mx);
317         put_bits(&s->pb, 6, my);
318     }
319 }
320
321 void ff_msmpeg4_handle_slices(MpegEncContext *s){
322     if (s->mb_x == 0) {
323         if (s->slice_height && (s->mb_y % s->slice_height) == 0) {
324             if(s->msmpeg4_version < 4){
325                 ff_mpeg4_clean_buffers(s);
326             }
327             s->first_slice_line = 1;
328         } else {
329             s->first_slice_line = 0;
330         }
331     }
332 }
333
334 static void msmpeg4v2_encode_motion(MpegEncContext * s, int val)
335 {
336     int range, bit_size, sign, code, bits;
337
338     if (val == 0) {
339         /* zero vector */
340         code = 0;
341         put_bits(&s->pb, ff_mvtab[code][1], ff_mvtab[code][0]);
342     } else {
343         bit_size = s->f_code - 1;
344         range = 1 << bit_size;
345         if (val <= -64)
346             val += 64;
347         else if (val >= 64)
348             val -= 64;
349
350         if (val >= 0) {
351             sign = 0;
352         } else {
353             val = -val;
354             sign = 1;
355         }
356         val--;
357         code = (val >> bit_size) + 1;
358         bits = val & (range - 1);
359
360         put_bits(&s->pb, ff_mvtab[code][1] + 1, (ff_mvtab[code][0] << 1) | sign);
361         if (bit_size > 0) {
362             put_bits(&s->pb, bit_size, bits);
363         }
364     }
365 }
366
367 void ff_msmpeg4_encode_mb(MpegEncContext * s,
368                           int16_t block[6][64],
369                           int motion_x, int motion_y)
370 {
371     int cbp, coded_cbp, i;
372     int pred_x, pred_y;
373     uint8_t *coded_block;
374
375     ff_msmpeg4_handle_slices(s);
376
377     if (!s->mb_intra) {
378         /* compute cbp */
379         cbp = 0;
380         for (i = 0; i < 6; i++) {
381             if (s->block_last_index[i] >= 0)
382                 cbp |= 1 << (5 - i);
383         }
384         if (s->use_skip_mb_code && (cbp | motion_x | motion_y) == 0) {
385             /* skip macroblock */
386             put_bits(&s->pb, 1, 1);
387             s->last_bits++;
388             s->misc_bits++;
389             s->skip_count++;
390
391             return;
392         }
393         if (s->use_skip_mb_code)
394             put_bits(&s->pb, 1, 0);     /* mb coded */
395
396         if(s->msmpeg4_version<=2){
397             put_bits(&s->pb,
398                      ff_v2_mb_type[cbp&3][1],
399                      ff_v2_mb_type[cbp&3][0]);
400             if((cbp&3) != 3) coded_cbp= cbp ^ 0x3C;
401             else             coded_cbp= cbp;
402
403             put_bits(&s->pb,
404                      ff_h263_cbpy_tab[coded_cbp>>2][1],
405                      ff_h263_cbpy_tab[coded_cbp>>2][0]);
406
407             s->misc_bits += get_bits_diff(s);
408
409             ff_h263_pred_motion(s, 0, 0, &pred_x, &pred_y);
410             msmpeg4v2_encode_motion(s, motion_x - pred_x);
411             msmpeg4v2_encode_motion(s, motion_y - pred_y);
412         }else{
413             put_bits(&s->pb,
414                      ff_table_mb_non_intra[cbp + 64][1],
415                      ff_table_mb_non_intra[cbp + 64][0]);
416
417             s->misc_bits += get_bits_diff(s);
418
419             /* motion vector */
420             ff_h263_pred_motion(s, 0, 0, &pred_x, &pred_y);
421             ff_msmpeg4_encode_motion(s, motion_x - pred_x,
422                                   motion_y - pred_y);
423         }
424
425         s->mv_bits += get_bits_diff(s);
426
427         for (i = 0; i < 6; i++) {
428             ff_msmpeg4_encode_block(s, block[i], i);
429         }
430         s->p_tex_bits += get_bits_diff(s);
431     } else {
432         /* compute cbp */
433         cbp = 0;
434         coded_cbp = 0;
435         for (i = 0; i < 6; i++) {
436             int val, pred;
437             val = (s->block_last_index[i] >= 1);
438             cbp |= val << (5 - i);
439             if (i < 4) {
440                 /* predict value for close blocks only for luma */
441                 pred = ff_msmpeg4_coded_block_pred(s, i, &coded_block);
442                 *coded_block = val;
443                 val = val ^ pred;
444             }
445             coded_cbp |= val << (5 - i);
446         }
447
448         if(s->msmpeg4_version<=2){
449             if (s->pict_type == AV_PICTURE_TYPE_I) {
450                 put_bits(&s->pb,
451                          ff_v2_intra_cbpc[cbp&3][1], ff_v2_intra_cbpc[cbp&3][0]);
452             } else {
453                 if (s->use_skip_mb_code)
454                     put_bits(&s->pb, 1, 0);     /* mb coded */
455                 put_bits(&s->pb,
456                          ff_v2_mb_type[(cbp&3) + 4][1],
457                          ff_v2_mb_type[(cbp&3) + 4][0]);
458             }
459             put_bits(&s->pb, 1, 0);             /* no AC prediction yet */
460             put_bits(&s->pb,
461                      ff_h263_cbpy_tab[cbp>>2][1],
462                      ff_h263_cbpy_tab[cbp>>2][0]);
463         }else{
464             if (s->pict_type == AV_PICTURE_TYPE_I) {
465                 put_bits(&s->pb,
466                          ff_msmp4_mb_i_table[coded_cbp][1], ff_msmp4_mb_i_table[coded_cbp][0]);
467             } else {
468                 if (s->use_skip_mb_code)
469                     put_bits(&s->pb, 1, 0);     /* mb coded */
470                 put_bits(&s->pb,
471                          ff_table_mb_non_intra[cbp][1],
472                          ff_table_mb_non_intra[cbp][0]);
473             }
474             put_bits(&s->pb, 1, 0);             /* no AC prediction yet */
475             if(s->inter_intra_pred){
476                 s->h263_aic_dir=0;
477                 put_bits(&s->pb, ff_table_inter_intra[s->h263_aic_dir][1], ff_table_inter_intra[s->h263_aic_dir][0]);
478             }
479         }
480         s->misc_bits += get_bits_diff(s);
481
482         for (i = 0; i < 6; i++) {
483             ff_msmpeg4_encode_block(s, block[i], i);
484         }
485         s->i_tex_bits += get_bits_diff(s);
486         s->i_count++;
487     }
488 }
489
490 static void msmpeg4_encode_dc(MpegEncContext * s, int level, int n, int *dir_ptr)
491 {
492     int sign, code;
493     int pred;
494
495     int16_t *dc_val;
496     pred = ff_msmpeg4_pred_dc(s, n, &dc_val, dir_ptr);
497
498     /* update predictor */
499     if (n < 4) {
500         *dc_val = level * s->y_dc_scale;
501     } else {
502         *dc_val = level * s->c_dc_scale;
503     }
504
505     /* do the prediction */
506     level -= pred;
507
508     if(s->msmpeg4_version<=2){
509         if (n < 4) {
510             put_bits(&s->pb,
511                      ff_v2_dc_lum_table[level + 256][1],
512                      ff_v2_dc_lum_table[level + 256][0]);
513         }else{
514             put_bits(&s->pb,
515                      ff_v2_dc_chroma_table[level + 256][1],
516                      ff_v2_dc_chroma_table[level + 256][0]);
517         }
518     }else{
519         sign = 0;
520         if (level < 0) {
521             level = -level;
522             sign = 1;
523         }
524         code = level;
525         if (code > DC_MAX)
526             code = DC_MAX;
527
528         if (s->dc_table_index == 0) {
529             if (n < 4) {
530                 put_bits(&s->pb, ff_table0_dc_lum[code][1], ff_table0_dc_lum[code][0]);
531             } else {
532                 put_bits(&s->pb, ff_table0_dc_chroma[code][1], ff_table0_dc_chroma[code][0]);
533             }
534         } else {
535             if (n < 4) {
536                 put_bits(&s->pb, ff_table1_dc_lum[code][1], ff_table1_dc_lum[code][0]);
537             } else {
538                 put_bits(&s->pb, ff_table1_dc_chroma[code][1], ff_table1_dc_chroma[code][0]);
539             }
540         }
541
542         if (code == DC_MAX)
543             put_bits(&s->pb, 8, level);
544
545         if (level != 0) {
546             put_bits(&s->pb, 1, sign);
547         }
548     }
549 }
550
551 /* Encoding of a block; very similar to MPEG-4 except for a different
552  * escape coding (same as H.263) and more VLC tables. */
553 void ff_msmpeg4_encode_block(MpegEncContext * s, int16_t * block, int n)
554 {
555     int level, run, last, i, j, last_index;
556     int last_non_zero, sign, slevel;
557     int code, run_diff, dc_pred_dir;
558     const RLTable *rl;
559     const uint8_t *scantable;
560
561     if (s->mb_intra) {
562         msmpeg4_encode_dc(s, block[0], n, &dc_pred_dir);
563         i = 1;
564         if (n < 4) {
565             rl = &ff_rl_table[s->rl_table_index];
566         } else {
567             rl = &ff_rl_table[3 + s->rl_chroma_table_index];
568         }
569         run_diff = s->msmpeg4_version>=4;
570         scantable= s->intra_scantable.permutated;
571     } else {
572         i = 0;
573         rl = &ff_rl_table[3 + s->rl_table_index];
574         if(s->msmpeg4_version<=2)
575             run_diff = 0;
576         else
577             run_diff = 1;
578         scantable= s->inter_scantable.permutated;
579     }
580
581     /* recalculate block_last_index for M$ wmv1 */
582     if (s->msmpeg4_version >= 4 && s->block_last_index[n] > 0) {
583         for(last_index=63; last_index>=0; last_index--){
584             if(block[scantable[last_index]]) break;
585         }
586         s->block_last_index[n]= last_index;
587     }else
588         last_index = s->block_last_index[n];
589     /* AC coefs */
590     last_non_zero = i - 1;
591     for (; i <= last_index; i++) {
592         j = scantable[i];
593         level = block[j];
594         if (level) {
595             run = i - last_non_zero - 1;
596             last = (i == last_index);
597             sign = 0;
598             slevel = level;
599             if (level < 0) {
600                 sign = 1;
601                 level = -level;
602             }
603
604             if(level<=MAX_LEVEL && run<=MAX_RUN){
605                 s->ac_stats[s->mb_intra][n>3][level][run][last]++;
606             }
607
608             s->ac_stats[s->mb_intra][n > 3][40][63][0]++; //esc3 like
609
610             code = get_rl_index(rl, last, run, level);
611             put_bits(&s->pb, rl->table_vlc[code][1], rl->table_vlc[code][0]);
612             if (code == rl->n) {
613                 int level1, run1;
614
615                 level1 = level - rl->max_level[last][run];
616                 if (level1 < 1)
617                     goto esc2;
618                 code = get_rl_index(rl, last, run, level1);
619                 if (code == rl->n) {
620                 esc2:
621                     put_bits(&s->pb, 1, 0);
622                     if (level > MAX_LEVEL)
623                         goto esc3;
624                     run1 = run - rl->max_run[last][level] - run_diff;
625                     if (run1 < 0)
626                         goto esc3;
627                     code = get_rl_index(rl, last, run1+1, level);
628                     if (s->msmpeg4_version == 4 && code == rl->n)
629                         goto esc3;
630                     code = get_rl_index(rl, last, run1, level);
631                     if (code == rl->n) {
632                     esc3:
633                         /* third escape */
634                         put_bits(&s->pb, 1, 0);
635                         put_bits(&s->pb, 1, last);
636                         if(s->msmpeg4_version>=4){
637                             if(s->esc3_level_length==0){
638                                 s->esc3_level_length=8;
639                                 s->esc3_run_length= 6;
640                                 //ESCLVLSZ + ESCRUNSZ
641                                 if(s->qscale<8)
642                                     put_bits(&s->pb, 6, 3);
643                                 else
644                                     put_bits(&s->pb, 8, 3);
645                             }
646                             put_bits(&s->pb, s->esc3_run_length, run);
647                             put_bits(&s->pb, 1, sign);
648                             put_bits(&s->pb, s->esc3_level_length, level);
649                         }else{
650                             put_bits(&s->pb, 6, run);
651                             put_sbits(&s->pb, 8, slevel);
652                         }
653                     } else {
654                         /* second escape */
655                         put_bits(&s->pb, 1, 1);
656                         put_bits(&s->pb, rl->table_vlc[code][1], rl->table_vlc[code][0]);
657                         put_bits(&s->pb, 1, sign);
658                     }
659                 } else {
660                     /* first escape */
661                     put_bits(&s->pb, 1, 1);
662                     put_bits(&s->pb, rl->table_vlc[code][1], rl->table_vlc[code][0]);
663                     put_bits(&s->pb, 1, sign);
664                 }
665             } else {
666                 put_bits(&s->pb, 1, sign);
667             }
668             last_non_zero = i;
669         }
670     }
671 }